宇宙年齡只有138億年,寬度卻有930億光年,這是悖論嗎?

2021-01-17 網易

2020-01-02 18:30:31　來源: 老蔡科技

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　　根據宇宙大爆炸理論，宇宙目前的年齡約為138億年。宇宙最初從一個無限小的奇點膨脹而來，目前的寬度可達930億光年。由此可見，宇宙的膨脹速度已經遠超光速。

　　但相對論又指出，有質量物體的運動速度不可能超光速，而膨脹宇宙中的星系退行速度肯定超過了光速，這是一個明顯的悖論嗎？究竟是相對論錯了，還是宇宙大爆炸理論錯了呢？

　　

　　事實上，哪個理論都沒有錯，並不存在悖論。而且宇宙實際寬度遠超930億光年，宇宙之大超乎想像。即便宇宙膨脹速度遠快於光速，也不會與相對論矛盾。

　　奇點最初並不是在空無一物的空間中，宇宙最初沒有空間。隨著時間的推移，宇宙不斷膨脹，空間自身變得越來越大，宇宙膨脹其實是空間結構自身在不斷增長和擴張。

　　

　　空間結構在每一處都會膨脹，導致空間中的星系會被互相拉開，星系之間被迫互相遠離而去。並且遠離速度會隨著距離的增加而變大，因為距離越遠，空間在單位時間內擴張得越多。

　　關於空間膨脹現象，我們可以通過氣球來簡單解釋。如果我們不考慮氣球的內部和外部，把氣球表面視作空間結構。在氣球表面上畫一些點，以此表示星系。假設當氣球膨脹時，每過一秒，原來1米的距離會變為2米。

　　

　　隨著氣球的膨脹，表面上的每個點都會遠離其他點。如果A點與B點之間相距1米，那麼，1秒後，它們相距2米，它們之間互相遠離的速度為1米/秒。如果A點與C點之間相距2米，那麼，1秒後，它們相距4米，它們之間互相遠離的速度為2米/秒。以此類推，當兩個點之間的距離達到30萬千米時，那麼，1秒後，它們相距60萬千米，它們之間互相遠離的速度為30萬千米/秒，這已經超光速了（真空光速為299792458米/秒）。

　　雖然氣球上的點本身並沒有動，但氣球膨脹會讓點與點之間的距離逐漸變遠。只要兩個點的距離足夠遠，它們就會以超光速遠離彼此。

　　

　　宇宙膨脹也類似於此，星系超光速退行是由空間本身膨脹所致，而空間的超光速膨脹不會受到包括相對論在內的任何理論的限制。因為空間不是物質，也不是能量，空間能以任意速度膨脹。根據目前的哈勃常數來計算，只要目前宇宙中星系之間的距離超過140億光年，由於它們之間空間的快速膨脹，它們之間互相遠離的速度就會超過光速。

　　

　　正因為如此，即便宇宙才誕生了138億年，但宇宙的半徑能夠遠超138億光年。另外，直徑為930億光年是可觀測宇宙的大小，這是我們在地球上所能看到的宇宙範圍。因為空間在超光速膨脹，而宇宙的存在時間和光速都是有限的，所以我們只能看到有限大小的宇宙。據估計，宇宙的實際寬度可能高達數十萬億光年，還有更大的宇宙是我們目前所無法觀測到的。

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